1、第五章 细菌的遗传与变异,第一节 细菌遗传变异的物质基础,一、基因组（genome） 细菌的基因组位于核体，是遗传的主要物质基础。核体又称染色体，是由两条环状双螺旋DNA长链组成，含细菌的遗传基因，控制细菌的遗传与变异。,二、质粒（plasmid）,细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链DNA。带有遗传性息，能自行复制，随细菌分裂转移到子代细胞，并非细菌生长所必需。特征自我复制能力编码产物赋予细菌某些性状特征可自行丢失与消除转移性相容性和不相容性,几种重要的质粒致育质粒（F质粒）耐药质粒毒力质粒（Vi质粒）细菌素质粒代谢质粒,三、转座因子,是存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一段特异性核苷
2、酸序列片段，它能在DNA分子中移动，不断改变它们在基因组的位置，能从一个基因组转移到另一个基因组中。细菌的转座因子有三种类型：插入序列（IS）、转座子（Tn）以及某些特殊的噬菌体。,插入序列（insertion sequence,IS）是最小的转位因子，2kb，不携带任何已知与插入功能无关的基因区域。转座子（transposon,Tn）2kb，除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因。可能与细菌的多重耐药性有关。,Tn,转座子的特征,转座噬菌体或前噬菌体是一些具有转座功能的溶原性噬菌体，当整合到细菌染色体上，能改变溶原性细菌的某些生物学性状。Mu分子量约2
3、2.5 kb，与一般温和噬菌体不同，它可整合到大肠杆菌染色体的任何位置，从而引起插入突变。,四、毒力岛（PAI） PAI是指病原菌的某个或某些毒力基因群，分子结构与功能有别于细菌染色体，但位于细菌染色体之内，因此称之为“岛”。,笫二节 基因突变,基因突变（gene mutation）简称突变，是变异的一种，指生物细胞遗传物质DNA分子结构突然发生了稳定的可遗传的变化。它是生物进化的一个重要因素。,一、细菌变异的类型细菌的变异可分为非遗传性变异和遗传性变异。前者基因无改变，只是为了适应外界环境的不适而发生的暂时性性状改变，细菌的菌落形态变异多属于此；后者基因发生改变，引起相应性状的稳定可遗传的变
4、化，因基因突变和基因重组所致。,遗传性变异（基因型变异）非遗传性变异（表型变异）,细菌的基因突变按发生改变的范围大小，分为染色体畸变和点突变。染色体畸变是指染色体一大段发生了变化，包括缺失、重复、插入、易位和倒置。点突变是相应基因上的DNA链中一个或少数几个核苷酸对的改变，包括核苷酸对的置换（进一步可分为转换与颠换）和因缺失或插入而造成的移码。,细菌的突变也可分为自发突变和人工诱变。自发突变是在未经人工改变的外界条件下，自然发生的突变，它经常发生，但发生的机率很低，通常仅约106109。人工诱变是在应用诱变因素的影响下而发生的突变，其突变率常高于自然突变。,二、细菌常见的变异现象,菌落形态变异
5、抗原变异抗性变异营养性变异,菌落形态变异,细菌的菌落分为两种类型，光滑型和粗糙型。在一定条件下，光滑型菌落可变为粗糙型，称为SR变异。SR变异，经常伴随着S型抗原的丧失和病原菌毒力由强变弱等性状的改变。,由于细菌基因突变而引起其抗原结构发生改变的变异类型。当编码细菌的抗原结构包括菌体抗原、鞭毛抗原、荚膜抗原等的基因发生突变时，细菌形成相应抗原结构的能力丧失，引起细菌抗原性变异。如常见的细菌细胞壁缺陷变异（细菌L型等）、荚膜变异或鞭毛变异等。,抗原变异,特殊结构的变异 42-43炭疽杆菌 失去形成芽胞能力, 毒性降低 10-20天 变形杆菌 0.1%石炭酸 迁徙生长（H） 点状生长、单个菌落（O
6、）,抗性变异,是对某种化学药物或致死物理因子抗性的变异。通过自发突变以及抗性遗传因子的传递，而产生大多数抗性。 它和化学药物的存在并无关系，细菌获得抗性以后，即使在没有药物的条件下生长繁殖数代，一般也不丧失抗性。有些细菌还同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性，甚至产生药物依赖性。,营养型变异,营养缺陷型变异是细菌丧失合成一种或几种生长因子的能力，无法在基本培养基上正常生长繁殖的变异类型。如变异株丧失对某种糖类、维生素、氨基酸或其它生长因子的合成能力，在补充这些营养物质的培养基上才能生长。这种突变对研究细菌代谢产物的生物合成途径很有用处。,第三节 基因的转移和重组,基因转移（gene transf
7、er） 外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过程称为基因转移。重组（ recombination）转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组，使受体菌获得供体菌的某些性状。细菌的基因转移和重组可通过转化、转导、接合、溶原性转换和原生质体融合等方式进行。,转化（transformation）,供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。转化现象不是所有细菌都有转化现象。大多数细菌不能接受外源性DNA，不能将它整合到染色体之中；另外，细菌还能产生内切酶，能识别并破坏进入细胞的外源性DNA。是否发生转化与菌株在进化过程中的亲缘关系有着密切的联系。,转化试验,转化因子（tr
8、ansforming principle ）在转化过程中，转化的DNA片段称为转化因子 ，分子量小于107，最多不超过1020个基因。感受态（competence）,转导（transduction）,以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。 普遍性转导（generalized transduction）局限性转导（restricted transduction）,普遍性转导generalized transduction,前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行增殖，在裂解期的后期，噬菌体的DNA已大量复制，装配时可能会发生装配错误，误将细菌的DNA片段装入噬菌
9、体的头部，成为一个转导噬菌体。转导噬菌体能以正常方式感染另一宿主菌，并将其头部的染色体注入受体菌内。误被装入的DNA可以是供体菌染色体上任何部分。,供体菌,结果完全转导流产转导,局限性转导restricted transduction,或称特异性转导， 所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。溶原期时，噬菌体DNA整合在细菌染色体特定部位，噬菌体DNA发生偏差分离，将自身的一段DNA留在细菌染色体上，而带走了细菌DNA上两侧的基因。当其转导并整合到受体菌中，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。所转导的只限于供体菌上个别的基因。,普遍性转导与局限性转导的区别,接合（conjugation）,细菌通
10、过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体菌转移给受体菌。 接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒称为接合性质粒，F质粒、R质粒、Col质粒和毒力质粒等。,原生质体融合,原生质体融合是通过物理、化学、生物的方法，使遗传性状不同的两细菌细胞的原生质体发生融合，并进而发生遗传重组，以产生同时带有双亲性状的、遗传性稳定的融合子的过程。,转染受体菌获得从噬菌体而非从其它供体菌提取的DNA的过程，称为转染。另外，转染一词更广泛地用于真核生物细胞，其含义有差别，指真核细胞通过病毒感染，获得某一片段DNA或RNA的过程。与原生质体融合一样，转染也是一种人为的手段，通常多用于哺乳动物细胞，往往为
11、了获得重组病毒而设计。,非遗传变异 点突变细菌的变异 基因突变 易位、倒置、插入 染色体畸变 缺失、重复 遗传性变异 转化 外源性基因的转移 转导 接合 原生质体融合 转染,第四节 细菌遗传变异的实际意义,一、在诊断上的应用各种细菌的生物学性状在一定条件下是相对稳定的，这对于临床上确诊细菌性疾病是非常重要的，但在细菌学检查中，也能出现一些变异菌株（如：形态结构、生化反应、毒力等均可发生改变）。因此，如果不了解细菌的变异现象和规律，对细菌性感染性疾病很难正确诊断。,二、在治疗上的应用 耐药菌株日益增多，为确保治疗效果，应事先做药敏试验，选用敏感药物治疗。同时可以使用两种或两种以上药物，以减少耐药菌株的出现而提高疗效。,三、在预防上的应用卡介苗、炭疽菌苗等都是用病原微生物的减毒株来制成的。目前则应用变异的原理通过选择和基因工程来获得新的变异株，以制备更理想的菌苗 如：基因工程多价联苗。,四、在基因工程方面的应用基因工程（重组DNA技术）：是根据遗传变异中细菌可因基因转移和重组而获得新性状的原理设计的。主要步骤:目的基因分离-目的基因与载体（质粒或噬菌体）的重组-重组DNA转入受体菌（转化）-筛选重组DNA克隆-复制与表达。,
